油茶果皮解剖结构与炭疽病抗性的关系

沈雅飞, 段文军, 胡娟娟, 崔娜娜, 曹志华, 束庆龙*

(1.安徽农业大学林学与园林学院,合肥 230036;2.中国林业科学研究院林业研究所,国家林业局城市森林研究中心,国家林业局森林培育重点实验室,北京 100091)

油茶果皮解剖结构与炭疽病抗性的关系

沈雅飞1, 段文军2, 胡娟娟1, 崔娜娜1, 曹志华1, 束庆龙1*

(1.安徽农业大学林学与园林学院,合肥 230036;2.中国林业科学研究院林业研究所,国家林业局城市森林研究中心,国家林业局森林培育重点实验室,北京 100091)

本文研究了油茶炭疽病抗性与其主要果皮结构的关系,为进一步了解油茶的抗病机制、从果皮结构角度出发选育抗病良种提供理论依据。以‘普通油茶’的不同抗感炭疽病的果实为试材,分别测定其果皮蜡质层厚度、角质层厚度、气孔大小和表皮毛密度等指标。结果表明,不同抗感炭疽病的油茶果皮的总厚度、蜡质层、角质层和薄壁组织的厚度,均以高抗类型(两个高抗类型的均值)为最大,分别为5.33×103、35.67、25.85、87.73μm,高感类型为最小,分别为2.77×103、19.33、9.67、48.33μm;随着油茶果实抗病性增强,果皮气孔开度、密度和单位气孔面积均呈现明显的下降趋势,以高感类型为最大,分别为38.58μm2、22.02个/mm2和670.50μm2,高抗类型最小,分别为12.59μm2、5.05个/mm2和82.21μm2,但气孔大小与其炭疽病抗性没有明显相关性;抗病类型的油茶果皮表皮毛长度、粗度和密度,均明显大于感病类型。油茶果皮解剖结构与炭疽病抗性关系极为密切,可以作为鉴定油茶炭疽病抗性强弱的参考指标。

油茶; 果皮结构; 炭疽病; 抗性

Key wordsCamellia oleifera; peel structure; Colletotrichum gloeosporioides; resistance

油茶炭疽病(Colletotrichum gloeosporioides Penz.)是油茶的主要病害之一,常造成大量花蕾、果实、叶片脱落和枝梢干枯,严重影响油茶产量。我国油茶主要分布在长江以南,温暖、湿润的气候为油茶炭疽病的发生、传播提供了有利条件,使其在油茶种植区发生普遍而严重[12],成为油茶生产上一个重要问题,备受生产者关注。

国内外研究表明,植物本身的形态结构与其抗病性关系密切,如表皮结构[35],气孔特性[69],表皮毛特征[10-11]均与抗病性有关系。目前关于油茶果皮解剖结构与其抗炭疽病的报道还极少,只有肖元清等[12]研究发现,抗病优良的果实表皮层厚度和细胞结构排列的紧密程度明显高于感病类型。本试验对不同炭疽病抗性的油茶果皮结构,如果皮总厚度、蜡质层厚度、角质层厚度、气孔开度、气孔密度、表皮毛密度和表皮毛长度等指标进行了比较研究,以期进一步了解油茶的抗病机制,并为从果皮结构角度出发选育抗病良种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验地概况

试验地位于安徽省舒城县,地处大别山余脉,属于亚热带湿润季风气候区,年均气温15.6℃,年日照时数1 969.2 h,年均降雨量1 100 mm,试验地四周环山,常年湿度较大,是油茶炭疽病易发生区。

1.1.2 试验材料

试验于2012-2014年在安徽省德昌苗木有限公司(安徽省油茶良种工程技术研究中心依托单位)油茶种植园进行。该园于1999年营建,面积约为10 hm2。全园植株均正常抚育管理。于2012-2014年,在每年定期对全园油茶炭疽病进行全面调查和重点植株观察的基础上,最终选取典型的高抗、中抗、中感和高感4种类型的油茶果实作为测试材料,如表1。

表1 供试果实自然发病率和抗感类型Table 1 Natural incidence and resistant and susceptible types of the tested materials

材料名称根据彭邵锋等[13]对油茶果色、形状的分类来命名;抗病类型参考杨光道[14]关于油茶果实抗炭疽病的分级标准。

1.2 研究方法

1.2.1 取样

于2014年7月初,油茶炭疽病发生盛期,选取不同抗感类型的植株各3株,采集每样株树冠外围中上部未感病或感病较轻的果实(在感病植株上)20个,装入密封袋中,做好标记。带回实验室后立即测定各项指标。

1.2.2 测定内容及方法

(1)果皮解剖结构：取不同抗感类型的果实各15个,分别在果实赤道部位取长5 mm、宽3 mm的组织,放入FAA固定液中固定24 h。用体积分数为65%、75%、85%、95%、100%的乙醇逐级脱水。依次经二甲苯+乙醇、二甲苯处理,直至果皮透明,石蜡切片法切片(切片厚度为10μm),番红-固绿对染,在OLYMPUS-BX41光学显微镜下观察并照相记录,显微测微尺测量果皮总厚度、蜡质层、角质层和薄壁组织厚度。所有观测值均为30个视野的平均值。

(2)气孔参数：采用水合氯醛法[10]测定,取样方法同(1)。

气孔开度=内纵径×内横径;

气孔大小=外纵径×外横径;

气孔密度=气孔数量/视野面积=气孔数量/1.65 mm2;

单位气孔面积=气孔开度×π×0.25×气孔密度。

(3)表皮毛性状：采用火棉胶法[10],取样方法同(1)。

表皮毛密度=表皮毛数量/视野面积=表皮毛数量/1.65 mm2。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2003和DPS V 7.05对测得的数据进行处理分析和图表制作,用单因素方差结合Duncan’s新复极差法对组间差异进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同抗感炭疽病类型的油茶果皮解剖结构

由表2可见,油茶不同抗病类型果实的果皮总厚度、蜡质层、角质层和薄壁组织厚度有明显差异,各指标由大到小均表现为高抗(两个高抗类型的均值)＞中抗＞中感＞高感,其中高抗果实类型的上述指标分别为5.33×103、35.67、25.85和87.73μm;高感类型分别为2.77×103、19.33、9.67和48.33μm,两者相比,高感类型较高抗类型的降幅分别达到48.03%、45.80%、62.59%和44.91%。

表2 不同抗病类型的油茶果实果皮解剖结构参数1)Table 2 Peel anatomy structure parameters in different resistant types of Camellia oleifera fruits

经方差分析可知,不同抗病类型间,果皮总厚度、蜡质层和角质层厚度差异均达到极显著水平(P= 0.001 2、0.000 1、0.000 3),薄壁组织厚度达到显著水平(P=0.029 9)。多重比较结果显示,高抗类型果皮总厚度极显著大于中抗、中感和高感3个类型,其角质层厚度极显著大于感病类型(中感、高感);抗病类型(中抗、高抗)的蜡质层厚度极显著大于感病类型;在果皮薄壁组织厚度方面,高抗、中抗和中感的果皮薄壁组织差异不显著,中抗、中感和高感间差异也不显著,仅高抗品种与高感品种差异达到显著水平,这表明果皮蜡质层和角质层对炭疽病菌的防御作用较薄壁组织更为明显,且2个高抗类型果实的上述各项指标差异微小,说明高抗品种具有相似的果皮结构。

2.2 不同抗感炭疽病类型的油茶果皮气孔参数

从表3可以看出,不同抗感炭疽病类型的油茶果皮气孔参数呈现规律性变化,由高抗到高感类型,其气孔开度、气孔密度和单位气孔面积的值均呈现增大的趋势,以高感类型为最大,分别达到38.58μm2、22.02个/mm2和670.50μm2/mm2;高抗类型最小,分别为12.59μm2、5.05个/mm2和82.21μm2/mm2;而中感和中抗类型介于两者之间。气孔大小与抗病性关系不明显,最高的为中感类型1 579.46μm2,最低的中抗为1 461.03μm2。

方差分析结果显示,不同抗病类型果皮气孔开度、气孔密度和单位气孔面积的差异均达到极显著水平(P=0.000 3、0.000 1、0.001 6),气孔大小的差异没有到达显著水平(P=0.868 1)。由多重比较结果可知,高抗类型果皮的气孔密度都极显著小于中抗、中感和高抗3个类型,中抗类型极显著小于感病类型;同时高抗类型果皮气孔开度和单位气孔面积极显著小于感病类型,由此可见,气孔密度、气孔开度、单位气孔面积是抗病类型区别于感病类型的重要特征。

表3 不同抗感类型的油茶果实果皮气孔参数Table 3 Stoma parameters in different resistant types of Camellia oleifera fruits

2.3 不同抗感炭疽病类型的油茶果实表皮毛性状

不同抗感炭疽病类型果实的表皮毛长度和密度的差异显著,由高到低依次均为高抗＞中抗＞中感＞高感。高抗类型的表皮毛长度相较于中抗、中感和高感类型分别增加了96.38、207.55和294.55μm,表皮毛粗度分别增加了10.37、17.62和29.22μm,表皮毛密度分别增加了2.59、5.62和8.65个/mm2(表4)。

表4 不同抗病类型油茶的果实表皮毛性状Table 4 Epidermal hair parameters in different resistant types of Camellia oleifera fruits

方差分析结果表明,不同抗感炭疽病类型果实的表皮毛长度和密度差异达到了极显著水平(P= 0.023 1、0.000 2),其粗度差异没有达到显著水平(P=0.068 4)。由多重比较结果可知,高抗类型果实表皮毛长度和密度极显著大于中抗、中感和高感3个类型;表皮毛粗度方面,高抗类型显著大于高感类型,中抗类型与高感类型之间的差异也达到了显著水平,而其余类型之间的表皮毛粗度差异均未达到显著水平;高抗的两种果实类型上述各指标差异均微小。

3 讨论

3.1 油茶果皮解剖结构与炭疽病抗性的关系

植物体由于长期受到外界环境因素的影响,形成了与之相适应的形态、结构和生理功能,当植物受到病原菌侵染时,可利用自身的结构抵御病原菌的侵入[15-16]。田丽波等[17]的研究发现,高抗白粉病的苦瓜叶片蜡质含量明显高于高感叶片,认为蜡质层是其抵御和延缓病原菌侵入的最外层屏障;彭华胜等[18]的研究表明,木瓜果实角质层、表皮细胞和薄壁组织等对其内部果皮以及种子都有保护作用,构成了多层防御病菌的防线。本研究发现,果皮总厚度、蜡质层、角质层和薄壁组织厚度越大的油茶果实,其抗炭疽病的能力越强,这与前人研究结果相符,说明果皮结构可能是油茶果实防御炭疽病菌侵入的有力屏障。

3.2 油茶果皮气孔结构与炭疽病抗性的关系

气孔在植物生长发育过程中具有重要的生理功能,是植物与外界进行水分和气体交换的重要通道,但也是部分病原菌侵入植物的重要通道,其大小、分布、形状和面积等直接影响病原菌侵染植物的成功几率[19]。据报道,油茶炭疽病菌可以通过自然孔道侵入果实,如果皮上的气孔[20]。本试验观察到,感病油茶类型与抗病类型相比,其果皮上具有数量较多且开度较大的气孔,这种结构可能为病原菌的侵入提供了有利条件,增加了果实感病几率,这与颜惠霞等[21]的研究结果相符,而与魏爱丽等[22]等关于小麦抗病性与叶片气孔特性关系的结论相反,可能是由于果皮和叶片的结构差异所导致。

3.3 油茶果实表皮毛性状与炭疽病抗性的关系

本研究中抗病类型的油茶果皮单位面积上的表皮毛数量明显多于感病类型,且表皮毛的长度明显大于感病类型,这与董金皋等[23]、翟艳霞等[24]的研究结果一致。其机理可能是数量多而长的表皮毛可以有效地阻止炭疽病菌分生孢子在果实表面的附着和萌发,从而减少病原菌接触和侵染油茶果实表皮的机会。

综合以上分析,油茶果皮解剖结构与其对炭疽病的抗性紧密相关,是鉴定油茶果实抗病性强弱的重要指标。在今后油茶抗病良种选育中,可将抗病类型果实的形态学特性与其生理生化特征相结合,以使选育方法、过程更加科学合理。

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(责任编辑：杨明丽)

Relationships between peel anatomy structure of Camellia oleifera and resistance to Colletotrichum gloeosporioides

Shen Yafei1, Duan Wenjun2, Hu Juanjuan1, Cui Nana1, Cao Zhihua1, Shu Qinglong1

(1.College of Forestry and Gardening,Anhui Agricultural University,Hefei 230036,China;2.Research Institute of Forestry,Chinese Academy of Forestry;Research Center of Urban Forest,State Forestry Administration, Key Laboratory of Forest Silviculture of State Forestry Administration,Beijing 100091,China)

The relationship between the main peel structure of Camellia oleifera and resistance to Colletotrichum gloeosporioides was studied to understand the mechanism of resistance to Co.gloeosporioides and provide a scientific basis for selecting resistant varieties based on Ca.oleifera peel structure.An investigation was conducted on the thickness of wax and lamina corneum,size of stoma and density of epidermal hairs of Ca.oleifera with different resistance levels to Co.gloeosporioides.The results showed that the thickness of peel,wax,lamina corneum and parenchyma of highly-resistant type were all the highest(5.33×103μm,35.67μm,25.85μm,87.73μm), and the indexes of highly-susceptible type were the lowest(2.77×103μm,19.33μm,9.67μm,48.33μm).The stomata aperture,density and unit area of stoma decreased with enhanced disease resistance in C.oleifera fruits. The indexes of highly-susceptible type were the highest(38.58μm2,22.02 stomata per square millimeter,670.50 μm2),and the highly-resistant types were the lowest(12.59μm2,5.05 stomata per square millimeter,82.21 μm2);the epidermal hair length,roughness and density of the resistant type were all higher than those of the susceptible type.However,there was no significant difference between the size of stoma and the disease resistance. The results showed that there was an extremely close relationship between the peel structure of Ca.oleifera and anthracnose resistance,which can be a reference index to appraising anthracnose resistance of Ca.oleifera.

S 763.7

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2015.06.017

2014-09-28

2014-12-02

安徽农业大学“大别山区农林特色产业协同创新中心”项目

*通信作者 E-mail：qlshu@ahau.edu.cn